Question

10．已知硫酸铜加热分解生成CuO、O₂、SO₂和SO₃气体．通过测定产生的三种气体的量可确定该反应的方程式．实验用到的仪器如图所示：
有关操作和结果如下（已知：H⁺+HSO₃^-═SO₂↑+H₂O）：
①准确称取一定质量的无水CuSO₄固体充分加热到完全分解．
②实验后测得装置F总质量比实验前减少了0.96（忽略水蒸气的损失和SO₂的溶解）．
③干燥管C在实验后质量增加3.84g．
④由量简中水的体积，折算出标准状况下相应气体的体积为224m L．
试回答下列问题：
（1）装置C的作用是吸收二氧化硫，装置F的作用是吸收三氧化硫．
（2）使用上图所给仪器装置（可重复使用），按从左至右的方向各仪器接口连接顺序为：
①→⑨⑩→⑥⑤→③④→⑥⑤→⑧⑦→②（填序号）．
（3）装置F中发生的化学反应方程式为：SO₃+2NaHSO₃=2SO₂+Na₂SO₄+H₂O
（4）请通过计算，推断出该条件下反应的化学方程式为：4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₂↑+O₂↑+2SO₃↑．

Answer 1

分析 （1）硫酸铜加热分解生成CuO、O₂、SO₂和SO₃气体，根据题中提供的装置和药品可知，实验中用亚硫酸氢钠能吸收三氧化硫，用碱石灰吸收二氧化硫；
（2）根据气体的制备和收集按照发生装置→除杂装置→干燥气体→气体吸收装置→排水→测量装置来组装实验仪器；
 （3）三氧化硫与亚硫酸氢钠溶液反应生成硫酸钠和二氧化硫；
（4）根据量筒B中水的体积可计算出氧气的物质的量，干燥管C吸收的物质是二氧化硫，二氧化硫包括解热硫酸铜生成的二氧化硫和三氧化硫和水、亚硫酸氢钠反应生成的二氧化硫，通过计算确定生成物之间的物质的量关系，再根据原子守恒确定反应方程式；

解答 解：（1）硫酸铜加热分解生成CuO、O₂、SO₂和SO₃气体，根据题中提供的装置和药品可知，实验中用亚硫酸氢钠能吸收三氧化硫，用碱石灰吸收二氧化硫，所以装置C的作用是 吸收二氧化硫，装置F的作用是吸收三氧化硫，
故答案为：吸收二氧化硫；吸收三氧化硫；
（2）气体的制备和收集按照发生装置→除杂装置→干燥气体→气体吸收装置→排水→测量装置来安装实验仪器，按从左至右的方向，先制备气体，通过亚硫酸氢钠吸收三氧化硫，再通过浓硫酸干燥二氧化硫气体和氧气，通过碱石灰吸收二氧化硫称量计算，为防止E中的水蒸气进入C装置，在C后面再连一个D装置，最后利用排水量气法测定氧气的体积，各仪器接口连接顺序为：①⑨⑩⑥⑤③④⑥⑤⑧⑦②；
故答案为：③④⑥⑤⑧⑦；
（3）三氧化硫与亚硫酸氢钠溶液反应生成硫酸钠和二氧化硫，反应方程式为SO₃+2NaHSO₃=2SO₂+Na₂SO₄+H₂O，
故答案为：SO₃+2NaHSO₃=2SO₂+Na₂SO₄+H₂O；
（4）实验后测得装置F总质量比实验前减少了0.96，根据方程式SO₃+2NaHSO₃=2SO₂+Na₂SO₄+H₂O可知，F中吸收的三氧化硫的物质的量为$\frac{0.96}{64×2-80}$mol=0.02mol，同是产生二氧化硫的物质的量为0.04mol，干燥管C吸收的物质是二氧化硫，二氧化硫包括解热硫酸铜生成的二氧化硫和三氧化硫和水、亚硫酸氢钠反应生成的二氧化硫，二氧化硫的物质的量是$\frac{3.84g}{64g/mol}$=0.06mol，所以原分解反应中生成的二氧化硫的物质的量为0.06mol-0.04mol=0.02mol；测得量筒B中水的体积，得出气体在标准状况下的体积为224mL，该气体是氧气，其物质的量是$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，根据硫酸铜中铜元素与硫元素的关系可知，硫酸铜的物质的量为0.02mol+0.02mol=0.04mol，根据铜元素守恒可知，生成的氧化铜的物质的量为0.04mol，所以n（CuSO₄）：n（CuO）：n（SO₂）：n（SO₃）：n（O₂）=0.04mol：0.04mol：0.02mol：0.02mol：0.01mol=4：4：2：2：1，所以其分解方程式为4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₂↑+O₂↑+2SO₃↑，
故答案为：4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₂↑+O₂↑+2SO₃↑．

点评 本题考查物质的组成和实验数据的处理，做题时注意把握实验基础知识，充分利用有关数据进行计算，本题具有一定难度．